荊山湖行洪堤退建西氣東輸管道段新堤施工及沉降分析

陳德虎，李德芳，李 磊

(淮河水利水電開(kāi)發(fā)總公司，安徽蚌埠 233000)

荊山湖行洪堤退建西氣東輸管道段新堤施工及沉降分析

陳德虎，李德芳，李 磊

(淮河水利水電開(kāi)發(fā)總公司，安徽蚌埠 233000)

荊山湖行洪堤退建加固工程是淮河干流上中游河道整治及堤防加固補(bǔ)充工程五個(gè)分項(xiàng)工程之一，西氣東輸管道在樁號(hào)10+169處橫向穿越淮河，為保證管道安全，施工時(shí)采取了有力措施，并根據(jù)觀測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析，進(jìn)行管道穩(wěn)定計(jì)算并作出管道沉降應(yīng)力分析。

管道;新堤;填筑方法;沉降觀測(cè);穩(wěn)定計(jì)算;應(yīng)力分析

1 工程概況

荊山湖行洪堤退建加固工程是淮河干流上中游河道整治及堤防加固補(bǔ)充工程5個(gè)分項(xiàng)工程之一，2009年水利部以水總［2009］148號(hào)文批復(fù)實(shí)施。西氣東輸管道在樁號(hào)10+169處橫向穿越淮河，該處新建堤防高程25.65 m，頂寬6 m，退距150 m。西氣東輸管道在堤基下埋深約11 m，該段管道鋼管為φ1016×26.2 mm，采用直縫埋弧焊鋼管，鋼級(jí)為X70，鋼管外采用3三層PE加強(qiáng)級(jí)防腐，內(nèi)層采用液體環(huán)氧噴涂涂層，輸氣管道設(shè)計(jì)壓力10 MPa。

2 堤防填筑施工方法

為保證西氣東輸管道絕對(duì)安全，施工過(guò)程中禁止采用重型機(jī)械施工，并根據(jù)管道管理單位標(biāo)識(shí)的管線位置，沿兩側(cè)各20 m布置警戒線，堤背水側(cè)禁止各類施工車輛從管道上方通過(guò)，嚴(yán)禁施工機(jī)械在無(wú)保護(hù)設(shè)施情況下通過(guò)。

本段堤防填筑包括堤身、堤后平臺(tái)清基，堤身、堤后平臺(tái)填筑，為確保施工安全特采取以下措施：

1)地基清理采用輕型設(shè)備。清基采用802kt推土機(jī)(整機(jī)重7 t，履帶寬53 cm，接地比壓35.5 kPa)順堤軸線方向，從中間向兩邊開(kāi)挖，清基范圍大于填筑邊線0.5 m。

2)堤防填筑采用進(jìn)占法全斷面分層攤鋪施工，土料運(yùn)輸采用小型自卸翻斗車(“四不像”，每車運(yùn)輸量≤2 m3)攤鋪厚度每層25 cm，碾壓時(shí)沿堤軸線方向進(jìn)退，由中心至兩邊錯(cuò)齒進(jìn)行，每層取樣檢驗(yàn)合格并報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后進(jìn)行下一層施工。削坡采用0.3 m3挖掘機(jī)(挖掘機(jī)整機(jī)重5.5 t，接地比壓33 kPa。)配合人工作業(yè)。土料控制、堤防接縫處理等嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行，并根據(jù)觀測(cè)沉降情況隨時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃。

3 觀測(cè)及沉降影響分析

3.1 觀測(cè)與沉降數(shù)據(jù)分析

為保證有效觀測(cè)堤身地基沉降數(shù)據(jù)，在堤基處埋設(shè)0.5×0.5×0.5 m3C20混凝土加75 mm鍍鋅鋼管作為觀測(cè)點(diǎn)，施工期每日定點(diǎn)測(cè)量地基沉降變化。部分觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，施工期工94 d，累計(jì)沉降438mm。沉降變化見(jiàn)圖1。

表1 部分沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)

圖1 地基沉降變化圖

3.2 管道沉降分析

3.2.1 假設(shè)條件

由于管道沉降影響分析工作量宏大，為減少工作量，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)，在此做如下假設(shè)進(jìn)行分析：

1)徑向穩(wěn)定計(jì)算分析時(shí)假設(shè)管道為無(wú)壓狀態(tài)。

2)管道沉降應(yīng)力分析時(shí)假設(shè)堤身荷載引起的管道沉降等效于堤身本身沉降量。

3)假設(shè)的合理性及安全邊際：①管道設(shè)計(jì)壓力位為10 MPa，若假設(shè)在無(wú)壓狀態(tài)下堤身及相關(guān)荷載核算管道徑向變形滿足要求，則有壓狀態(tài)下管道徑向變形亦應(yīng)滿足要求。②西氣東輸淮河定向穿越完工已數(shù)年，地表至管道11 m區(qū)間內(nèi)土體與管體沉降呈穩(wěn)定狀態(tài)，現(xiàn)假設(shè)假設(shè)堤身荷載引起的管道沉降等效于堤身本身沉降量，結(jié)合地質(zhì)剖面圖，安全邊際理應(yīng)滿足要求。

3.2.2 荷載作用下管道徑向穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50423-2007)、《中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(Q/SY-GD-SJ)等。

式中：Δx為鋼管最大徑向變形量，m;W為作用在單位管長(zhǎng)上的豎向荷載;D為鋼管平均直徑;W1為單位長(zhǎng)度上的豎向永久荷載;W2為地面可變荷載傳遞到管道上的荷載;Z為鋼管變形系滯后系數(shù);K為基床系數(shù)(Q/SY-GD-SJ查表取0.085);E為鋼材彈性模量，MPa;I為單位管長(zhǎng)截面慣性矩;ζ為鋼管壁厚;Es為土壤變形模量，0.48 N/m2，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 管道徑向變形值計(jì)算

由表2可見(jiàn)，計(jì)算Δx均遠(yuǎn)小于允許最大值，堤身填筑完成后荷載作用下管道徑向變形量滿足要求。

3.2.3 管道沉降應(yīng)力分析

本次管道沉降應(yīng)力采用常用的管道應(yīng)力分析軟件CAESARⅡ進(jìn)行，它利用結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)原理，把管道簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的桿單元模型，定義施加在單元模型上的荷載，并由這些輸入條件根據(jù)不同的荷載組合計(jì)算結(jié)果。建模參數(shù)見(jiàn)表3，表4。

計(jì)算最劣工況下最大應(yīng)力見(jiàn)表5。

表3 管線參數(shù)

表4 土壤屬性參數(shù) kg/cm3

表5 計(jì)算最劣工況下最大應(yīng)力

計(jì)算時(shí)由于軟件本身局限性，模擬過(guò)程中未包含由于管道敷設(shè)所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，但彈性敷設(shè)產(chǎn)生的軸向應(yīng)力不容忽視。所以模擬結(jié)果加上此值。

式中：σ為彈性敷設(shè)時(shí)管道的軸向應(yīng)力，MPa;εe為彈性敷設(shè)時(shí)管道的軸向應(yīng)變，MPa;Ε為鋼管的彈性模量，MPa;r為彈性敷設(shè)彎曲半徑，m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，彈性敷設(shè)給管道的軸向應(yīng)力為67 800 MPa。由此得出最劣工況下最大應(yīng)力見(jiàn)表6。

表6 最劣工況下最大應(yīng)力

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)荷載作用下管道徑向穩(wěn)定校核和管道沉降應(yīng)力分析，管道最劣工況下最大應(yīng)力組合均小于許用應(yīng)力，且變形在允許范圍內(nèi)，堤基沉降對(duì)管道運(yùn)行未產(chǎn)生不利影響，工程后期應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)，以利堤防和管道的安全。

［1］安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.淮河干流上中游河道整治及堤防加固補(bǔ)充工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.合肥：安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2008.

TV871.1

A

1007-7596(2011)06-0013-02

2011-09-17

陳德虎(1981-)，男，安徽蚌埠人，助理工程師;李德芳(1983-)，女，河南鄭州人，助理工程師;李磊(1984-)，男，安徽蚌埠人，助理工程師。